JP5991293B2 - バルブ装置 - Google Patents

Description

本発明は、シャフトに設けたスリット孔に弁体を挿入して固定するバルブ装置に関し、例えばエンジンの吸気通路に配置されるバルブ装置（スロットルバルブや吸気絞りバルブ等）や、ＥＧＲバルブ等に用いて好適な技術に関する。

シャフトに設けたスリット孔に弁体を挿入して固定するバルブ装置として、例えば特許文献１に開示される技術が知られている。
特許文献１の技術は、第１、第２スリット軸部（シャフトにおいてスリット孔を介して対向する部分）をネジで締付け、第１、第２スリット軸部を内側へ撓ませることで、第１、第２スリット軸部の間で弁体を加圧保持（固定）するものである。

しかし、弁体の径寸法が小さい場合、スリット孔の軸方向長が短くなる。すると、第１、第２スリット軸部の軸方向寸法が短くなり、第１、第２スリット軸部の剛性が高まる。その結果、第１、第２スリット軸部が撓み難くなり、弁体の加圧保持が困難になってしまう。

同様に、シャフトの材質をより高硬度の材質に変更する場合（例えば、鉄製のシャフトから、耐腐食性を高める目的等によりステンレス製のシャフトに変更する場合）、第１、第２スリット軸部の剛性が高まる。その結果、第１、第２スリット軸部が撓み難くなり、弁体の加圧保持が困難になってしまう。

特開２０１２−１７２５４２号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、組付精度の悪化を招くことなく、スリット軸部を撓み易くして、第１、第２スリット軸部の間で弁体を確実に加圧保持できるバルブ装置を提供することにある。

本発明のバルブ装置は、第１、第２スリット軸部のうち、第１スリット軸部のみに分離部を設けている。分離部を設けたことにより、第１スリット軸部の剛性が下がり、第１スリット軸部が撓み易くなる。このため、弁体の径寸法が小さい場合であっても、シャフトの材質が高硬度であっても、締付手段（ネジやカシメ等）によって第１スリット軸部を確実に撓ませることができ、第１、第２スリット軸部の間で弁体を確実に加圧保持することができる。

一方、本発明とは異なり、第１、第２スリット軸部の両方に分離部を設けると、シャフトが２つに分離することになる。すると、一方のシャフトと弁体を固定し、他方のシャフトと弁体を固定することになる。その結果、シャフトが軸ズレしたり、弁体の組付精度が悪化して全閉時の弁漏れ量が増加する不具合が生じる。
これに対し、本発明は、分離部が設けられるのは第１スリット軸部だけであり、第２スリット軸部には分離部が設けられず、シャフトは２つに分離しない。そのため、シャフトの軸ズレが発生せず、また弁体の組付精度の悪化も招かない。

シャフト単体の説明図である。 バルブが組付けられたシャフトの説明図である。 スロットルバルブの断面図である。

発明を実施するための形態を、以下の実施例にて説明する。

以下において本発明が適用された具体的な一例（実施例）を図面を参照して説明する。実施例は、具体的な一例を開示するものであって、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。

［実施例１］
実施例１を図１〜図３を参照して説明する。
この実施例は、スロットルバルブ１を電動アクチュエータ２で駆動する電子スロットルに本発明を適用したものである。

スロットルバルブ１は、エンジンに吸い込まれる吸気量の調整を行うものであり、
・内部に吸気通路３ａが形成されるハウジング３に対して回転自在に支持されるシャフト４と、
・このシャフト４に固定されて吸気通路３ａの開度調整を行う弁体５と、
を備える。

また、シャフト４を介して弁体５を駆動する電動アクチュエータ２は、
・通電により回転力を発生する電動モータ６と、
・この電動モータ６の回転トルクを増幅してシャフト４を駆動する減速装置７と、
・シャフト４（弁体５）を所定の開度へ戻すバネ力発生手段８と、
・シャフト４の開度（弁体５の回転角度）を検出する回転角センサ９と、
を備える。

次に、上記の各構成部品を説明する。
ハウジング３は、吸気路（吸気管）の一部を成すボアと、電動アクチュエータ２の組付部とを一体に設けたものであり、金属材料または樹脂材料によって製造される。なお、ボアの内部には、円筒状の吸気通路３ａが形成されるものであり、ボア端には電子スロットルを車両部品に固定するボルト挿通穴３ｂが形成される。

ハウジング３には、シャフト４が挿入配置されるシャフト挿通穴が設けられている。シャフト４は、吸気通路３ａを貫通し、吸気通路３ａの流線方向（ボア軸：吸気の流れ方向に沿う吸気通路３ａの中心軸）に直交する方向に組付けられる。
シャフト４の先端（図３右側）が挿入配置される部位のシャフト挿通穴の内部には、シャフト４を回転自在に支持するベアリング１１（一例として滑りベアリング）が配置されている。
同様に、シャフト４の根元側（図３左側）が挿入配置される部位のシャフト挿通穴の内部にも、シャフト４を回転自在に支持するベアリング１２（一例として転がりベアリング）が配置されている。このベアリング１２より吸気通路３ａ側のシャフト挿通穴の内部には、ハウジング３とシャフト４の隙間をシールするシール材１３が配置されている。

シャフト４は、金属材料（例えば、鉄、ステンレス等）によって形成された円柱状の棒であり、吸気通路３ａ内に挿入配置された状態で弁体５と一体に回動する。
一方、弁体５は、金属材料（例えば、アルミ、黄銅等）により略円板形状に形成されたバタフライ形の回動弁であり、ハウジング３に組入れられたシャフト４に固定される。

次に、シャフト４に対する弁体５の固定技術を説明する。
シャフト４には、弁体５を組付けるスリット孔１４が形成されている。このスリット孔１４は、シャフト４の軸方向へ伸び、且つ径方向へ貫通する長穴であり、図１（ｂ）に示すように、シャフト４の軸方向に対して垂直方向から見て細長矩形の穴形状を呈する。
具体的な一例として、スリット孔１４における軸方向の長さは「弁体５の直径＋組付けクリアランス」に設けられる。また、スリット孔１４における幅は「弁体５の厚み＋組付けクリアランス」に設けられる。

弁体５は、図２に示すように、スリット孔１４に挿入された状態でシャフト４に固定される。ここで、シャフト４においてスリット孔１４を介して対向する部位（シャフト４において弁体５と軸方向で重なる範囲）を第１、第２スリット軸部４ａ、４ｂと称する。
第１、第２スリット軸部４ａ、４ｂのうち、第１スリット軸部４ａのみに、軸方向の中間箇所において第１スリットの軸方向の途中箇所を分離する分離部αを設けている。なお、この実施例では第１スリット軸部４ａにおける軸方向の「中央」に分離部αを設けているが限定するものではなく「略中央」であれば良い。

一方、この実施例では、シャフト４に弁体５を固定する手段として、２つのネジ１５（締付手段の一例）を用いている。
ネジ１５は、締結力を加えることで第１、第２スリット軸部４ａ、４ｂに加圧力（シャフト４の軸方向に対して垂直方向の力）を加えるものであり、第１スリット軸部４ａを軸方向に対して垂直方向に撓ませることで、第１、第２軸部の対向間隔を狭くして、第１、第２スリット軸部４ａ、４ｂの間で弁体５を加圧し、第１、第２スリット軸部４ａ、４ｂの間で弁体５を加圧保持（固定）させるものである。

具体的に、第１スリット軸部４ａにはネジ１５の雄ネジ径よりやや大径の貫通穴が形成され、第２スリット軸部４ｂにはネジ１５が螺合する雌ネジが形成される。そして、貫通穴からネジ１５を挿入した後、ネジ１５を雌ネジに螺合し、ネジ１５を強固に締結する。上述したように、分離部αを設けたことにより、第１スリット軸部４ａの剛性が下がって第１スリット軸部４ａが撓み易くなる。このため、ネジ１５の締結力によって第１スリット軸部４ａを確実に撓ませることができ、第１、第２スリット軸部４ａ、４ｂの間で弁体５を確実に加圧保持することができる。なお、弁体５を固定した後、ネジ１５は緩み止め処理（例えば、加圧による塑性変形、接着、溶着等）が施され、長期に亘り安定した締結力が維持される。

電動アクチュエータ２は、上述したハウジング３に組付けられるものであり、ハウジング３にはネジ等によって着脱可能なギヤカバー２１が装着される。
そして、ハウジング３に形成されたモータ収容室に電動モータ６が収容され、ハウジング３とギヤカバー２１との間に形成された空間に、減速装置７、バネ力発生手段８等が収容される。

電動モータ６は、通電方向が切り替わることで回転方向が切り替わるとともに、通電量に応じた回転トルクを発生する周知の直流モータであり、モータ収容室に挿入された後、割りピンやネジ等によってハウジング３に固定される。

減速装置７は、複数のギヤの組み合わせにより電動モータ６の発生回転を減速させて駆動トルクを増大させてシャフト４に伝達する歯車式減速機であり、電動モータ６と一体に回転するモータギヤ（ピニオンギヤ）２２と、このモータギヤ２２によって回転駆動される中間ギヤ２３と、この中間ギヤ２３によって回転駆動される最終ギヤ（ギヤロータ）２４とからなり、最終ギヤ２４はシャフト４と一体に回動する。

モータギヤ２２は、電動モータ６の出力軸に固定された小径の外歯歯車である。
中間ギヤ２３は、大径ギヤ２３ａと小径ギヤ２３ｂが同芯で設けられた２重歯車であり、ハウジング３とギヤカバー２１とにより支持される支持軸２５によって回転自在に支持される。そして、大径ギヤ２３ａがモータギヤ２２と常に噛合し、小径ギヤ２３ｂが最終ギヤ２４と常に噛合する。
最終ギヤ２４は、シャフト４の端部のカシメ部によって固定された大径の外歯歯車であり、噛合歯（外歯）は弁体５の回動に伴う範囲のみに設けられている。

バネ力発生手段８は、電動モータ６への電流供給が遮断された際に、弁体５の開度を全閉位置と全開位置との中間位置に保持して、車両の退避走行を可能とするものであり、弁体５を閉じる方向へ付勢力（閉弁力）を与えるリターンスプリングと、弁体５を開く方向へ付勢力（開弁力）を与えるデフォルトスプリングとを組み合わせて構成される。

回転角センサ９は、シャフト４の回転角度を検出することで弁体５の開度を検出するスロットルポジションセンサであり、シャフト４の角度（弁体５の開度）に応じた開度信号をＥＣＵに出力する。
具体的に、回転角センサ９は、２つの部材の相対回転を非接触で検出する磁気型センサであり、最終ギヤ２４の内部にインサートされてシャフト４と一体に回転する略筒状を呈する磁気回路部２６と、ギヤカバー２１に取り付けられて磁気回路部２６に対して非接触に配置される磁気検出部２７とで構成され、この磁気検出部２７の発生する電圧信号（ホールＩＣの出力信号）がＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニットの略）に与えられる。
なお、ＥＣＵは、マイクロコンピュータを搭載した周知の電子制御装置であり、回転角センサ９によって検出される実際の弁体５の開度が、アクセルペダル開度によって設定された目標開度となるように電動モータ６をフィードバック制御するように設けられている。

（実施例１の効果１）
この実施例の電子スロットルは、上述したように、第１、第２スリット軸部４ａ、４ｂのうち、第１スリット軸部４ａのみに分離部α設けて、第１スリット軸部４ａの剛性を下げ、第１スリット軸部４ａを撓み易くしている。
このため、弁体５の径寸法が小さい場合（例えば、排気量の小さいエンジン用の小型スロットルの場合）であっても、あるいはシャフト４の材質が高硬度の場合（例えば、鉄製のシャフト４から、耐腐食性を高める目的等によりステンレス製のシャフト４に変更する場合）であっても、ネジ１５の締結力によって、第１スリット軸部４ａを確実に撓ませることができ、第１、第２スリット軸部４ａ、４ｂの間で弁体５を確実に加圧保持することができる。

一方、この実施例とは異なり、第１、第２スリット軸部４ａ、４ｂの両方に分離部αを設ける場合は、シャフト４が２つに分離することになる。すると、分離した一方のシャフト４と弁体５を固定し、分離した他方のシャフト４と弁体５を固定することになる。その結果、シャフト４が軸ズレしたり、吸気通路３ａに対して弁体５の組付精度が悪化する不具合が生じてしまう。
これに対し、この実施例は、分離部αを設けるのは第１スリット軸部４ａだけであり、第２スリット軸部４ｂには分離部αを設けない。これにより、シャフト４は２つに分離しないため、シャフト４の軸ズレは発生せず、吸気通路３ａに対して弁体５の組付精度の悪化も招かない。

上記の実施例では、本発明をスロットルバルブ１に適用する例を示したが、限定するものではない。
具体的な一例として、低圧ＥＧＲ装置に用いられる吸気絞りバルブ（スロットルバルブ１の吸気上流側の吸気路内の圧力を下げてＥＧＲガスを吸気路へ導くバルブ装置）に適用しても良いし、ＥＧＲバルブ（ＥＧＲ通路の開度を可変するバルブ装置）に適用しても良い。

上記の実施例では、締付手段の一例としてネジ１５（スクリュウ）を用いる例を示したが限定するものではない。
具体的な一例として、リベットを用い、リベットに強固な加圧力を加えることで、リベットを塑性変形させるとともに、リベットに加えたカシメ力によって第１スリット軸部４ａを撓ませて、第１、第２スリット軸部４ａ、４ｂの間で弁体５を加圧保持するように設けても良い。

弁体５は、「平な円板」に限定するするものではない。
具体的な一例として、断面が略く字形やＺ字形を呈する弁体５であっても良い。

４ シャフト
４ａ 第１スリット軸部
４ｂ 第２スリット軸部
５ 弁体
１４ スリット孔
１５ ネジ（締付手段）
α 分離部

Claims (2)

1. 径方向へ貫通するスリット孔（１４）が形成されたシャフト（４）と、前記スリット孔（１４）に挿入された状態で前記シャフト（４）に固定される弁体（５）とを備えるバルブ装置において、
   前記シャフト（４）において前記スリット孔（１４）を介して対向する部位を第１、第２スリット軸部（４ａ、４ｂ）とした場合、
   当該バルブ装置は、前記第１、第２スリット軸部（４ａ、４ｂ）に加圧力を加えて前記第１、第２スリット軸部（４ａ、４ｂ）の間で前記弁体（５）を加圧保持する締付手段（１５）を備えるものであり、
   前記第１、第２スリット軸部（４ａ、４ｂ）のうち、前記第１スリット軸部（４ａ）のみに、軸方向の中間箇所において分離する分離部（α）を設けたことを特徴とするバルブ装置。
2. 請求項１に記載のバルブ装置において、
   前記シャフト（４）および前記弁体（５）は、内燃機関が吸入する空気量を調整するスロットルバルブ（１）に用いられることを特徴とするバルブ装置。

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